Eesti Looduse fotovõistlus
2009/1



   Eesti Looduse
   viktoriin


   Eesti Looduse
   fotovõistlus 2012




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
artikkel EL 2009/1
Intelligentne sipelgapesa

Sipelgapesa on ülesehituselt ja toimimise poolest hämmastavalt suure ökonoomsusega süsteem. Võrreldes keskmise sipelga õppimis- ja mõtlemisvõimet selgroogsete omaga tundub haigutav vahe üüratu. Ent ometi on sipelgad suutnud tohutult palju: nad on kodustanud näiteks lehetäid ja kasvatavad endale soodsaid taimi ja seeni. Asjata ei peeta neid olendeid putukate hulgast kõige edukamaks. Sipelgate elukorralduse edu võtit otsides võib palju õppida.

Iga liik vajab ellujäämiseks toitu. Nii on ka sipelgapere jaoks väga tähtis toit võimalikult kiiresti üles leida ja pesasse toimetada.Väljaspool pesa liikumiseks kasutavad sipelgad peale nähtavate orientiiride järgimise ka feromoonidega märgistatud radadevõrgustikku.

Oletame, et toidujahil olev sipelgas leidiski kaugel pesast toitu, mis oleks kiiresti vaja kodukuhilasse toimetada. Ümbruses on ju ka teisi sipelgapesasid, kes muidu ise saagi enda hüvanguks ära kasutavad.

Kuna röövtoidujahil sipelgas ise mööda lõhnaradu ei liigu, siis on oluline leida võimalikult lühike tee tagasi kuhila juurde. Skaut kasutab orienteerumiseks maamärke ja päikest ning suudab vähemalt umbkaudu pesa asukoha kindlaks määrata.

Nii haarabki toidu avastanud sipelgas kandami ning asub pesa poole teele. Endast jätab ta aga maha värske lõhnaraja. Leides pesale lähenedes üles võrgustiku, suundub sipelgas piki seda. Ka nüüd eritab ta ühtesoodu feromoone. Nõnda ei ole putukal enam võimalik ära eksida: teda juhatab kodukuhila poole radadevõrgustik.


Kuni 2004. aastani ei oldud päris kindlad, kuidas oskavad sipelgad valida hargnemiskohtades õige teeotsa. On ju igal hargmikul kolm suunda, millest ainult üks viib pesa poole. Arvati, et teeharud on lõhnastatud eri intensiivsusega, kuid kinnitust sellele ei leitud. 2004. aastal otsiti Sheffieldi ülikoolis abi hoopistükkis geomeetriast [1].

Esimeses katses pandi kuhila poole suunduv vaaraosipelgas loomulikul teel kujunenud radadevõrgustikku, peaga pesast eemale. Sipelgas asus teele ning jõudis esimese hargmikuni. 70% katsealustest putukatest taipasid, et pesa asub teisel pool, ning pöördusid tagasi. Järeldus: võrgustiku hargmikel ikkagi on suund. Need on polariseerutud.

Teises katses saadi teooriale enamgi kinnitust. Hargmiku kolmest suunast viib üks kuhila poole, teised kaks aga eemale. Pesast eemale viivate rajaharude omavaheline nurk on looduslikus võrgustikus alati kõige väiksem. Katses vaadeldi ristmikke nurkadega 30 kuni 120 kraadi. Selgus, et keskmiselt teevad sipelgad kõige rohkem õigeid otsuseid, kui kuhilast eemale juhtivad harud on umbes 60-kraadise nurga all. Mis veel tähtsam: katsest järeldus, et sipelgate orienteerumisvõime oleneb harude omavahelisest nurgast. Erinevus optimaalsest nurgast mõjutas sipelgate otsustusi. Seega on hargmikud polariseeritud geomeetriliselt.


Sääraseid suunatud hargmike süsteeme leidub maailmas teisigi. Kujutelgem lihtsustatud sipelgarada, mille teatud viisil läbides saab jõuda toiduni. Sipelgas, kes seda mööda teele asub, peab tegema teatud arvu otsuseid: kas pöörata paremale või vasakule. Kui tähistame pöörded paremale 1-ga ja vasakpöörded 0-ga, siis saame tulemuseks digitaalse koodi, mida järgides jõuab kasuliku tulemuseni. Näiteks 1010011011, mis tähendab siis vastavalt paremale-vasakule-paremale-vasakule-vasakule jne.

Analoogia arvutite digitaalkoodiga on küll raskesti tajutav, kuid olemas. Võrgustik koos sipelgatega on väike, ent väga tõhus infosüsteem. Pole siis ime,sipelgatest on bioloogidega kõrvu huvitunud ka informaatika ja arvutite asjatundjad. Nende pisikeste putukate seas välja arenenud süsteemidest on olnud kasu veakindlate programmide kirjutamisel ja tehniliste lahenduste väljatöötamisel.

Otsingumootorid, nagu Google, otsivad kasulikku informatsiooni samamoodi kui sipelgad peres, kelle eesmärk on leida kasulikku ainest: energiat andvat toitu. Skautsipelga rollis on otsingumootori puhul virtuaalne robot: programm, mis kammib läbi internetti. Sipelgapesi uurides on tuletatud hulk keerulisi algoritme, mis suurendavad selliste programmide efektiivsust.


Pöördun tagasi sipelga juurde, kes toiduga lõpuks kuhilasse jõudis ning endast värske jälje maha jättis. Pesakaaslased, kes juhulikult leiavad lõhnastatud raja, sibavad mööda seda toitu otsima. Iga putukas, kes tagasi pöördub, jätab jällegi endast maha lõhnajälje. Rada muutub n.-ö. tugevamaks ning enam sipelgaid sööstavad toidu järele. Kui väärtuslik saak leiukohast otsa lõpeb, ei tugevne enam ka lõhnajälg.

Ent üks probleem püsib: kolooniale on kulukas, kui sipelgad sagivad kasutut lõhnajälge pidi tühja, kuni see pikkamööda haihtub. Kuidas on looduslik valik lahendanud selle probleemi?

Taas tehti 2005. aastal katseid Sheffieldi ülikoolis ning leiti, et ebasobivate radade märgistamiseks kasutavadki sipelgad erilist feromooni, omamoodi keelumärki (no-entry signal) [2]. Seega, kui raja lõpus enam toitu ei leidu, märgivad tühjalt tagasi pöörduvad töölised rajaharu ära. Niisugusel keelumärgil on analoog ka infosüsteemides.


Sipelgapesa mudeli abil saaks kirjeldada lihtsamaid psüühilisi protsesse – mõtete ja ideede maailma.

Kujutelgem senitundmatut probleemi, mille lahendamine annab kasuliku tulemuse. Näiteks peaksin esimest korda elus käivitama auto ja selle liikuma saama. Toiminguid, mida teha tuleb, on mitu: käik sisse, sidur alla, käik välja, keera võtit, sidur lahti jms. Kõik need tuleb sooritada kindlas järjekorras. Vaadelgem õiget järjekorda kui otsustusjada (nagu varem 10010100...).

Proovin läbi erisuguseid toimingujärjestusi justkui mööda võrgustikku ekslev sipelgas. Nagu arvata võib, lõpeb enamik katsetusi ebaõnnestumisega. Pisitasa õpin aga kogemustest, tulemuseta üritused saavad tähistatud „keelumärkidega“ ning lõpuks selgitan välja toimingute õige järjekorra. Mõtteline sipelgas jõuab „toiduni“ – kasuliku seoseni. Siinkohal järgneb ka positiivne tagasiside ja mõtteskeem märgitakse maha kui kasulik.

Järgmisel korral on autot käivitada juba kergem: „lõhnarada“ on olemas. Õnnestumisel muutub mõtteskeem jällegi tugevamaks ja kolmandal korral ma ehk enam ei eksigi. Varsti kasutan lahendust juba automaatselt.

Kuivõrd saab kõrvutada neuronite tööd ning sipelgapesa toimimist? Sedagi on uuritud. Sipelgate “tarkust” nimetatakse kollektiivseks intelligentsiks (collective intelligence). Adun, et sipelgapesa intelligentsil võib neuronskeemidega isegi rohkem ühist olla kui arvutitega. On ju mõlemad isetekkelised ja välja kujunenud, ise peavad ennast käigus hoidma ja arenema. Võib-olla aitab sipelgate uurimine mõista ka mõtlemist ennast. Arvutimaailmas on see juba toonud edu.

Sipelgad on erakordselt huvitavad olendid, kellelt on, mida õppida. Mürmekoloogia, nagu näeme Sheffieldi hiljutiste avastuste põhjal, on igati nüüdisaegne teadus.

Maailma sipelgauudistel saavad huvilised aga silma peal hoida internetis: http://www.antblog.co.uk/.


1. Jackson, Duncan E.; Holocombe, Mike; Ratnieks, Francis L. W. 2004. Trail geometry gives polarity to ant foraging networks. – Nature 432: 907–909.

2. Robinson, Elva J. H.; Jackson, Duncan E.; Holocombe, Mike; Ratnieks, Francis L. W. 2005. Insect communication: 'No entry' signal in ant foraging. – Nature 438: 442.



Marten Laur
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Loe Uudistajat
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet